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最全面的氮氣制備方法


最全面的氮氣制備方法
1.空氣的成分比例
正常的空氣成分按體積分數計算是:氮(N2)約占78%,氧(O2)約占21%,稀有氣體約占0.94%(氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)約占0.03%,還有其他氣體和雜質約占0.03%,如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸氣(H2O)等。

2.氮氣的基本介紹
氮氣,化學式為N2,是一種無色無味無毒的氣體,而且一般氮氣比空氣密度小。氮氣占大氣總量的78.12%(體積分數),是空氣的主要成份。在標準大氣壓下,冷卻至-195.8時,變成沒有顏色的液體。冷卻至-209.8時,液態氮變成雪狀的固體。

氮氣的化學性質不活潑,常溫下很難跟其他物質發生反應,但在常溫、高能量條件下可與某些物質發生化學變化,用來制取對人類有用的新物質。

二、氮氣的制備方法

1.深冷空分制氮:它是一種傳統的空分技術,已有100余年的歷史。它的特點是產氣量大,產品氮純度高,無須再純化便可產出99.999%以上高純度氮氣。但它工藝流程復雜,占地面積大,基建費用高,需要專門的維修力量,操作人員較多,每次開機要18-24h,產氣慢。要在標準大氣壓下,冷卻至-195.8時,變成沒有顏色的液體,冷卻至-209.86時,液態氮變成雪狀的固體。它適宜于大規模工業制氮,氮氣成本高。

2.膜分離制氮:膜分離空分制氮也是非低溫制氮技術的一種,是80年代國外迅速發展起來的一種新的制氮方法,在國內推廣應用還是近幾年的事。

膜分離制氮是以空氣為原料,在一定的壓力下,利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮氣。

它與上述制氮方法相比,具有設備結構簡單、體積小、無切換閥門、操作維護也更為簡便、產氣更快(3min以內)、增容更方便等特點,但中空纖維膜對壓縮空氣清潔度要求更嚴,膜易老化而失效,難以修復,需要換新膜。

膜分離制氮比較適合氮氣純度要求在≤98%左右的中小型用戶。當要求氮氣純度高于98%時,它與同型號的變壓吸附制氮機相比,價格要高出30%左右。

3.變壓吸附制氮(變壓吸附,英文翻譯為Pressure Swing Adsorption,簡稱PSA):氣體的分離技術是非低溫氣體分離技術的重要分支,是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結果。

70年代西德埃森礦業公司成功開發了碳分子篩,為PSA空分制氮工業化鋪平了道路。四十年來該技術發展很快,技術成熟,在中小型制氮領域已成為深冷空分的強有力的競爭對手。

變壓吸附制氮是以空氣為原料,用碳分子篩作吸附劑,利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性,在常溫下,加壓吸附,減壓解吸,使氧和氮分離,從而制取氮氣。
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